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Abstract (English)
The cultivation of several plant species on the same area of land, at the same time, is called Agroforestry (AFS). In the less developed countries and the countries of the tropics and subtropics, AFS are the main form of land management. Reasons can be found in the low degree of mechanization and the low costs of labor. AFS used to be widespread in the industrial nations, too. Over the years, however, these traditional forms have been converted into highly efficient agricultural sites. Agricultural and forest production has been separated spatially. In Germany, this was mainly due to land consolidation, which resulted in large, uniform, and easy-to-farm fields. In recent years, however, this situation has been reconsidered. The positive environmental benefits and the aspect of biodiversity protection of agroforestry systems have been recognized. There are numerous ecological, economic, and social aspects, which make agroforestry attractive again. However, a competitive situation always arises when plants are cultivated together. In addition, there are multiple forms of AFS. Special attention must be paid to the planting of the woody, perennial component, as it remains on the field for several years.
Against this background, this thesis deals with the possibilities of establishing the wood component in an AFS as a short rotation strip. Combinations of different tillage and weed management practices on willow growth and yield were tested. Furthermore, the influence of shade, which is listed as one of the three main influencing factors in AFS, is discussed. Agricultural crops behave differently, on shade casts by the woody component on the understory crop, depending on their need for light. To test this, maize was used as a shade-intolerant C4 plant, which reaches its light saturation close to maximum solar irradiance. In contrast, potato was tested as a more shade-tolerant C3 plant. Observations on growth, yield and quality should provide information on their suitability for cultivation under shady conditions in AFS.
Various hypotheses were developed and examined for the purpose of testing. In the following, the most central research results will be briefly outlined.
When establishing a short rotation coppice with willows, an adequate combination of soil tillage and weed management showed to be important for high yields, whereas the necessary weed management depends on the used soil tillage. Until today, there are no other recommendations for the establishment of a willow short-rotation coppice except ploughing in autumn, harrowing in spring and broad herbicide application. In the current discourse on biodiversity improvement and climate change, forms of reduced tillage (chisel plough + ley crop, no-till) with adapted herbicide-saving weed control (e.g. chemical treatment within the rows and mechanical treatment between the rows, or only mechanical weed control), were tested as alternatives that ensure successful SRC growth and, as a result, high yields while saving pesticides and fossil energy.
When grown together, trees will shade the under-story agricultural crops. Some crops can deal better with this light reduction than others. Maize (Zea mays L.), as a plant with a high light saturation point, is already negatively influenced in its growth, the biomass, biogas, and methane yield, as well as the quality determining compounds (dry matter content, crude protein, crude ash) by low amounts of shade. While potatoes (Solanum tuberosum L.), known as shade-tolerant plants, can produce yields and qualities comparable to those of unshaded plants with lower levels of solar irradiance (caused by shading).
It could be shown that it is possible to make a valuable contribution to biodiversity with AFS. By using adapted combinations of soil tillage and weed management systems, fossil fuels can be saved through reduced tillage. The use of chemical plant protection in the tree strips can be reduced by the sole application within the SRC strips or avoided altogether by mechanical weed control. In high-valuable timber systems there is usually no weed management necessary. Additionally, the trees strips offer a habitat and food basis for small vertebrates and some arthropods (hymenoptera, coleoptera, lepidoptera and diptera). The permanent planting of the strips reduces greenhouse gases and thus counteracts climate change. Influences of shade on crop yield and quality was only proven for plant-specific shade levels. In such AFS, the influence of shade usually only occurs in later tree ages (and crown thickness). Therefore, AFS are a valuable form of land management to reduce current environmental problems on a national and global scale, while adequate yields can be achieved at the same time.
Abstract (German)
Der gemeinsame Anbau von mehreren Kulturen auf ein und derselben Fläche zur selben Zeit wird als Agroforstsystem (AFS) bezeichnet. In den weniger entwickelten Ländern und Ländern der Tropen und Subtropen sind AFS die hauptsächliche Form der Landbewirtschaftung. Dies geht auf den geringen Mechanisierungsgrad und kostengünstige Arbeitskräfte zurück. In den Industrienationen waren AFS früher ebenfalls weitverbreitet. Allerdings wurden diese traditionellen Formen über die Jahre in hocheffiziente Formen der Landbewirtschaftung überführt. Die landwirtschaftliche und die forstwirtschaftliche Produktion wurden räumlich getrennt. Dies geschah in Deutschland überwiegend durch die Flurbereinigung, bei der große, uniforme und einfach zu bewirtschaftende Schläge entstanden. In den letzten Jahren ist es allerdings zu einem Umdenken gekommen. Der positive Nutzen von AFS für die Umwelt und den Schutz der Biodiversität wurde nachweislich anerkannt. Es gibt zahlreiche ökologische, ökonomische und soziale Aspekte, die Agroforst wieder attraktiv machen. Allerdings entsteht immer eine Konkurrenzsituation, wenn Pflanzen gemeinsam angebaut werden. Zudem gibt es eine mannigfaltige Form an Ausprägungen von AFS. Der Anlage der verholzenden, mehrjährigen Komponente gilt ein besonderes Augenmerk, da diese einmal etabliert, für mehrere Jahre auf der Fläche verbleibt.
Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich diese Arbeit mit den Möglichkeiten der Etablierung der Holzkomponente als Kurzumtriebsstreifen in einem AFS. Behandelt werden dafür Kombinationen aus verschiedene Bodenbearbeitungs- und Unkrautmaßnahmen auf Wachstum und Ertrag von Weiden. Des Weiteren wird der Einfluss von Schatten untersucht, der als einer der drei Haupteinflussfaktoren in AFS gelistet wird. Landwirtschaftliche Kulturen reagieren, je nach ihrem Lichtbedarf, unterschiedlich auf Schatten, den die verholzende Komponente auf die unterwüchsige Kultur wirft. Um dies zu testen wurde Mais als schattenintolerante C4-Pflanze getestet, die ihre Lichtsättigung nahe der maximalen Einstrahlung erreicht. Dem gegenüber wurde die Kartoffel als eine schattentolerantere C3-Pflanze untersucht. Beobachtungen an Wachstum, Ertrag und der Qualität der Inhaltsstoffe sollen Auskunft über deren Eignung zum Anbau unter den schattigen Bedingungen in AFS geben.
Zur Überprüfung wurden verschiedene Hypothesen aufgestellt und untersucht. Im Folgenden soll kurz auf die zentralsten Forschungsergebnisse eingegangen werden.
Wenn eine Kurzumtriebsplantage mit Weiden etabliert werden soll, ist eine angepasste Kombination aus Bodenbearbeitung und Unkrautkontrolle wichtig für hohe Erträge, wobei die nötige Unkrautkontrolle auf die Bodenbearbeitung abgestimmt sein muss. Bisher gibt es keine anderen Empfehlungen, wie das herkömmliche Etablierungsverfahren aus pflügen, eggen und einer flächigen Herbizidapplikation. In der derzeitigen Diskussion über die Steigerung der biologischen Vielfalt und Eindämmung des Klimawandels, wurde die Eignung reduzierter Formen der Bodenbearbeitung (Grubber + Untersaat, No-Till) mit angepasstem, reduziertem Herbizideinsatz (z.B. chemische Behandlung in den Reihen und mechanische Behandlung zwischen den Reihen, sowie rein mechanische Bekämpfung) auf das erfolgreiche Wachstum von Weiden-KUP und den damit verbundenen Erträgen getestet.
Wenn Bäume und landwirtschaftliche Kulturen gleichzeitig angebaut werden, beschatten die Bäume die unterwüchsigen Kulturen. Mais (Zea mays L.) als Pflanze mit einem hohen Lichtsättigungspunkt wird bereits durch geringen Schatten in ihrem Wachstum, dem Biomasse-, Biogas- und Methanertrag sowie den qualitätsbestimmenden Inhaltsstoffen negativ beeinflusst. Während Kartoffeln (Solanum tuberosum L.), die als schattentolerante Pflanzen bekannt sind, in der Lage sind mit geringeren Einstrahlungsmengen, hervorgerufen durch Beschattung, vergleichbare Erträge und Qualitäten zu erzeugen, wie unbeschattete Pflanzen.
Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist mit AFS einen Beitrag zur Biodiversitätssteigerung zu schaffen. Durch den Einsatz aufeinander abgestimmter Bodenbearbeitungs- und Unkrautregulierungssystemen können fossile Kraftstoffe im Falle von reduzierter Bodenbearbeitungen eingespart werden. Die Ausbringung von Herbiziden in den Baumstreifen kann durch die alleinige Applikation in den Setzlingsreihen reduziert oder durch rein mechanische Alternativen ganz vermieden werden. In Wertholzstreifen erfolgt im Normalfall keine chemische Unkrautregulierung. Zusätzlich bieten die Baumstreifen Habitate und Nahrungsgrundlagen für kleine Wirbeltiere und zahlreiche Arthropodenklassen (Hymenoptera, Coleoptera, Lepidoptera und Diptera). Die dauerhafte Bepflanzung der Baumstreifen ermöglicht die Reduzierung von Klimagasen und kann so dem Klimawandel entgegenwirken. Erst ab einer pflanzenspezifischen Höhe der Beschattung treten Veränderungen der Ernteerträge und -qualitäten der landwirtschaftlichen Kulturen ein. In AFS tritt dieser Einfluss zudem auch erst mit vorangeschrittenem Baumalter (und Kronenvolumen) ein. Deshalb sind AFS eine wertvolle Form der Landbewirtschaftung, um die derzeitigen Umweltprobleme sowohl auf nationaler als auch auf globaler Ebene zu reduzieren, während gleichzeitig angemessene Erträge erzielt werden können.
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Faculty of Agricultural Sciences
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Institute of Crop Science
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2020-09-22
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English
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Publisher place
Classification (DDC)
630 Agriculture
Collections
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Free keywords
Sustainable Development Goals
BibTeX
@phdthesis{Schulz2020,
url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6568},
author = {Schulz, Vanessa Sarah},
title = {Managing trees on arable land},
year = {2020},
school = {Universität Hohenheim},
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